Chương VI. MỘT SỐ DẠNG ĂN MÒN ĐIỆN
HÓA CỤC BỘ CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM
Phân loại:
5 dạng ăn mòn điện hóa cục bộ nguy hiểm của các kim loại và
hợp kim là:
*Ăn mòn tiếp xúc;
•
Ăn mòn điểm (pitting);
•
Ăn mòn khe;
•
Ăn mòn giữa các tinh thể;
•
Sự nứt ăn mòn dưới ứng lực ( Nứt dưới ứng suất)
Chương VI. MỘT SỐ DẠNG ĂN MÒN ĐIỆN
HÓA CỤC BỘ CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM
6.1 Ăn mòn tiếp xúc
6.1.2 Trong điều kiện bình thường (kim loại hòa tan ở trang thái hoạt
động)
Hai kim loại có điện thế khác nhau tiếp xúc với nhau trong dung dịch chất điện
ly sẽ tạo thành pin ăn mòn: Kim loại có điện thế âm hơn là điện cực anot (bị ăn
mòn tăng mạnh), còn kim loại có điện thế dương hơn là điện cực catot (bị ăn
mòn giảm mạnh, đôi khi sự ăn mòn được ngừng hoàn toàn). Ví dụ, tốc độ ăn
mòn thép carbon (Fe) trong nước biển tăng dần theo dãy:
Fe < Fe – Ni <Fe-Pb< Fe-Cu< Fe-Ag< Fe- Pt< Fe-Au.
Tốc độ ăn mòn thép carbon (Fe) trong nước biển giảm dần theo dãy:
Fe - Cu < Fe < Fe – Zn <Fe - Al.
Chương VI. MỘT SỐ DẠNG ĂN MÒN ĐIỆN
HÓA CỤC BỘ CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM
* Do đó, trong điều kiện bình thường (hòa tan ở trạng thái hoạt
động), sự tiếp xúc của thép với kim loại catot (có điện thế dương

hơn thép), sẽ nguy hiểm; ngược lại, sự tiếp xúc của thép với kim
loại anot (có điện thế âm hơn thép), thì thép sẽ được bảo vệ khỏi
ăn mòn điện hóa.
*Khi có sự tiếp xúc của một số kim loại khác nhau trong môi
trường điện ly, sẽ tạo thành pin ăn mòn đa điện cực. Dùng giải
pháp đồ thị sẽ cho phép xác định độ phân cực của mỗi kim loại
và mức độ ăn mòn của từng kim loại trong pin ăn mòn điện cực.
Chương VI. MỘT SỐ DẠNG ĂN MÒN ĐIỆN
HÓA CỤC BỘ CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM
* Ảnh hưởng có hại (gia tốc ăn mòn thép) khi thép tiếp xúc
với kim loại catot (có điện thế dương hơn thép) phụ thuộc vào:
- Bản chất kim loại catot;
- Diện tích bề mặt tiếp xúc giữa hai kim loại:
Thép sẽ bị ăn mòn tăng rất mạnh nếu Sanot << Scatot .
Trong đó, Sanot- Diện tích bề mặt kim loại anot (thép) ;
Scatot - Diện tích bề mặt kim loại catot.
Chương VI. MỘT SỐ DẠNG ĂN MÒN ĐIỆN
HÓA CỤC BỘ CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM
•
Đấu tranh với ăn mòn tiếp xúc bằng các phương pháp sau:
a) Tránh sự tiếp xúc trực tiếp của các kim loại khác nhau trong dung
dịch điện ly;
Tránh trường hợp Sanot << Scatot, nghĩa là tránh sự tiếp xúc của diện
tích anot nhỏ với diện tích catot lớn;
b) Ngăn cách sự tiếp xúc của các kim loại có điện thế khác nhau bằng
màng cách điện (như màng polyizobutylene);
c) Phủ lên bề mặt kim loại catot (như đồng) một lớp phủ kim loại âm
điện so với thép (như kẽm) hoặc phủ lớp cách điện (lớp phốt phát
hóa + lớp sơn);
d) Nối kết cấu thép với protector có điện thế âm hơn thép.

Chương VI. MỘT SỐ DẠNG ĂN MÒN ĐIỆN
HÓA CỤC BỘ CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM
•
6.1.2 Tiếp xúc trong điều kiện thép có thể bị thụ động
Khi có mặt chất oxy hóa mạnh (như K2Cr2O7), hoặc vắng mặt các
chất hoạt hóa (như ion clorua Cl-), thép có thể bị thụ động, làm giảm
đáng kể tốc độ ăn mòn thép.
Trong trường hợp này nên tránh để thép tiếp xúc với kim loại anot
(nhôm, kẽm), vì khi tiếp xúc với kim loại anot, thép sẽ khó bị thụ
động, hoặc bị phá hủy màng thụ động sẵn có trên bề mặt thép.
6.2 Ăn mòn điểm (ăn mòn pitting, ăn mòn lỗ) quan sát thấy trên kim
loại hoặc hợp kim trong trạng thái thụ động, khi ăn mòn với tốc độ
lớn trên vùng bề mặt diện tích nhỏ riêng biệt, dẫn đến sự tạo thành các
lỗ sâu, nên gọi là ăn mòn điểm (ăn mòn pitting, ăn mòn lỗ).
7
Số lượng và hình dạng các lỗ thay đổi tùy theo điều kiện thực nghiệm. Nó có thể tạo thành các lỗ
sâu (a), các lỗ có miệng nhỏ (b) hoặc lỗ hình bán cầu (c). Kích thước các lỗ dao động từ vài µm
đến vài mm.
8
•
Các lỗ thường phát triển dưới sự khống chế hổn hợp (vừa khống chế động học, vừa khống chế
khuếch tán) và có hình dạng rất phức tạp.
•
Trong quá trình phát triển lỗ, phản ứng thủy phân có thể xảy ra ở phía bên trong lỗ và làm
giảm độ pH (thủy phân Fe2+ tạo ra H+), cho nên bề mặt khó trở lại trạng thái thụ động.
•
Ngoài ra, sự điện di của các ion Cl- về phía đáy lỗ dưới tác dụng của điện trường dẫn đến việc
tập trung các anion xâm thực trong lỗ, làm cho các vùng bị tấn công khó trở về trạng thái thụ
động.
•

Từ những lý do trên, quá trình ăn mòn lỗ là một quá trình tự xúc tác: một khi
tạo thành các lỗ sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển lỗ.
9
•
Khi có mặt oxy hoặc một chất oxy hóa khác như FeCl3, pin ăn mòn sẽ được tạo thành, trong
đó bề mặt bên ngoài ở trạng thái thụ động là catốt và bên trong lỗ ở trạng thái hoạt động là
anốt.
•
Tỷ lệ diện tích bề mặt (Sanốt / Scatốt ) càng nhỏ thì ăn mòn phía đáy lỗ càng nhanh.
•
Mặc dù chỉ có một khối lượng nhỏ kim loại bị hòa tan, nhưng các lỗ một khi đã tạo thành sẽ
ăn mòn sâu rất nhanh.
•
Tốc độ ăn mòn trung bình, tính theo phương pháp khối lượng, sẽ không thể đánh giá được
mức độ nghiêm trọng của loại ăn mòn này → mức độ nghiêm trọng sẽ được đánh giá bằng hệ
số lỗ FP.
av
max
P
L
L
F
=
•
Lmax là độ sâu tối đa của lỗ (xác định bằng kính hiển vi quang học).
•
Lav là độ sâu trung bình của sự hòa tan, tính theo độ giảm khối lượng.
Tiêu chuẩn đánh giá độ bền ăn mòn lỗ
•
Ăn mòn lỗ phát sinh khi điện thế ăn mòn Ecor dương hơn điện thế quá thụ động Epp

Epp < Ecor
10
•
Điện thế ăn mòn Ecor (= Eanot = E Mn+/M) lại luôn âm hơn điện thế thuận
nghịch của chất oxy hóa (Erev,oxyhóa = Ecatot)
Do đó, khi ( Epp > Erev,oxyhóa > Ecor ) thì ăn mòn lỗ không thể xảy ra.
•
Ăn mòn thép trong môi trường axit thông khí, xảy ra theo phản ứng :
Tại anot: Fe = Fe2+ + 2e- [ cbEFe2+/Fe (V) = -0,44+(0,059/2)log a Fe2+ ]
Tại catot: O2 +4H+ + 4e- = 2H2O [cbEO2/H2O (V) = 1,23 – 0,059 pH]
→ trong môi trường thông khí, thép sẽ không bị ăn mòn lỗ nếu:
Epp > 1,23 – 0,059 pH (V)
11
Cơ chế tự xúc tác cho sự phát triển lỗ
Chương VI. MỘT SỐ DẠNG ĂN MÒN ĐIỆN
HÓA CỤC BỘ CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM
Ăn mòn điểm thường xảy ra trên thép crom, thép Cr-Ni, nhôm và
hợp kim nhôm,niken, zirconi, titan trong các môi trường có mặt
đồng thời chất làm thụ động – chất oxy hóa (trong số đó, có cả
oxy hòa tan) và các anion hoạt hóa (Cl-,Br-,I-…) , như trong các
dung dịch NaCl, nước biển, FeCl2, hỗn hợp axit HCl+ HNO3

Có 3 giai đoạn phát triển ăn mòn pitting:
a) Pitting xuất hiện trong các chỗ yếu của màng thụ động do các
ion hoạt hóa phá hủy màng thụ động. Chỗ yếu của màng thụ động
có thể gây ra bởi tính không đồng nhất của cấu trúc kim loại, bởi
sự hư hỏng ngẫu nhiên của màng bảo vệ…
Chương VI. MỘT SỐ DẠNG ĂN MÒN ĐIỆN
HÓA CỤC BỘ CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM
b) Pitting lớn lên do hòa tan mạnh màng bảo vệ, dẫn đến sự tăng mạnh

tốc độ quá trình anot, nong rộng bề mặt pitting và xuất hiện sự khống
chế khuếch tán;
c) Giai đoạn ngừng lớn của pitting do ở độ rất sâu của pitting đã có sự
kìm hãm khuếch tán.
6.2. Bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn piting :
•
Lựa chọn các vật liệu bền chống ăn mòn pitting như:
Ti tan, thép hàm lượng crom cao; thép hợp kim Cr-Ni-Mo hoặc thép hợp
kim Cr-Ni-Si ;
* Bảo vệ thép bằng phương pháp điện hóa catot và anot (khi có mặt các
anion ức chế ăn mòn);
Chương VI. MỘT SỐ DẠNG ĂN MÒN ĐIỆN
HÓA CỤC BỘ CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM
* Cho vào hệ thống kín các chất ức chế ăn mòn pitting ,như : ion nitrat,
cromat, sunfat và kiềm (NaOH).
6.3 Ăn mòn khe là sự phá hủy mạnh các kim loại trong khe , rãnh ,
trong chỗ tiếp xúc của kim loại với vật liệu đệm, giữa vỏ tàu thủy và
sinh vật bám . Ăn mòn khe kim loại xảy ra trong nước, trong khí quyển,
trong các axit và cả trong dung dịch không chứa oxy.
6.3.1 Các kim loại có tính thụ động rất nhạy cảm với ăn mòn khe, như
thép crom, thép Cr-Ni, các hợp kim nhôm.
Nguyên nhân của ăn mòn khe là do sự làm việc của các pin ăn mòn
thông khí không đều: ăn mòn xảy ra trong các khe hẹp, ở đó nồng độ
chất oxy hóa (như oxy) thấp hơn ở bên ngoài khe.
Chương VI. MỘT SỐ DẠNG ĂN MÒN ĐIỆN
HÓA CỤC BỘ CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM
•
Sự khuếnh tán khó khăn của chất oxy hóa (chất khử phân cực catot) vào các khe
hẹp sẽ làm khó khăn cho quá trình catot. Sự giảm độ pH trong khe do sản phẩm ăn
mòn thủy phân sẽ làm dễ dàng cho quá trình anot [tức là làm dễ dàng cho sự ion hóa

(ăn mòn) kim loại và làm khó khăn cho sự tạo thành màng bảo vệ]. Những điều đó
dẫn đến sự tăng cường làm việc của pin ăn mòn: Kim loại trong khe là anot, kim
loại ở mép khe là catot.
* Sự thủy phân sản phẩm ăn mòn thép trong dung dịch 1N tạo ra giá trị pH trong khe
như sau:
pH
Fe2+ + 2H2O = Fe(OH)2 + 2H+ 6,64
Fe3+ + 3H2O = Fe(OH)3 + 3H+ 1,61

Chương VI. MỘT SỐ DẠNG ĂN MÒN ĐIỆN
HÓA CỤC BỘ CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

Sự ăn mòn kim loại trong khe có thể tăng mạnh đến mức
độ bắt đầu quá trình ăn mòn với sự khử phân cực hydro
(2H+ + 2e-  H2. Khí hydro xâm nhập vào thép, làm
thép bị giòn).
6.3.2 Bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn khe bằng cách:
a) Bịt kín các khe, rãnh bằng màng polyme, cao su, chất
bôi trơn, nhằm loại trừ sự rơi chất điện ly vào khe;
b) Thiết kế hợp lý không cho rơi chất điện ly vào khe;
c) Lựa chọn vật liệu ít có khuynh hướng dẫn đến ăn mòn
khe, như: thép Cr-Ni-Mo, thép Crom cao, ti tan và các
hợp kim của ti tan;
d) Dùng các chất ức chế ăn mòn nồng độ cao;
e) Bảo vệ điện hóa ( bảo vệ catot đối với thép carbon và
gang; bảo vệ anot đối với thép Cr-Ni và Ti)
Chương VI. MỘT SỐ DẠNG ĂN MÒN ĐIỆN
HÓA CỤC BỘ CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

6.4 Ăn mòn giữa các tinh thể là một trong những dạng ăn mòn

cục bộ nguy hiểm nhất, dẫn đến phá hủy chọn lọc các ranh giới
hạt, kéo theo sự làm mất tính bền, mất tính dẻo của hợp kim và
sập đổ kết cấu. Nhiều hợp kim có thể bị ăn mòn giữa các tinh
thể, như:Thép crom, thép Cr-Ni, các hợp kim niken, hợp kim
nhôm…
6.4.1 Nguyên nhân ăn mòn giữa các tinh thể là sự chuyển các
vùng hẹp nghèo crôm trên các ranh giới hạt thành anot phân cực
nhỏ; vùng anot này sẽ bị ăn mòn mạnh. Các ranh giới hạt bị
nghèo crôm do tạo thành crôm- carbit Cr23C6, (Cr,Fe)23C6
trong khoảng nhiệt độ 450 -850oC. Vì ở khoảng nhiệt độ này,
tốc độ khuếch tán của C và Cr khác nhau đáng kể: Hầu hết C
của hợp kim tham gia tạo thành carbit, trong khi đó, chỉ có Cr ở
ranh giới hạt tham gia tạo thành carbit.
Chương VI. MỘT SỐ DẠNG ĂN MÒN ĐIỆN
HÓA CỤC BỘ CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

6.4.2 Đấu tranh với ăn mòn giữa các tinh thể bằng cách
ngăn ngừa sự tạo thành carbit. Muốn thế phải:
a) Làm giảm hàm lượng C đến < 0,015% C;
b) Tôi thép hợp kim ở 1050-1100oC . Ở nhiệt độ này, C
và Cr ở trong dung dịch rắn, rồi cố định trạng thái này
bằng cách làm lạnh nhanh trong nước;
c) Hợp kim hóa thép bởi các nguyên tố tạo thành carbit
khó tan hơn carbit crom như: titan, niobi, tan tan;
d) Đốt nóng lâu dài thép hợp kim Cr-Ni (≥ 2 h) ở 870oC.